JPS6054482B2

JPS6054482B2 - ガスタ−ビンエンジン

Info

Publication number: JPS6054482B2
Application number: JP52068014A
Authority: JP
Inventors: ア−サ−・ポ−ル・アダムソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-06-10
Publication date: 1985-11-30
Also published as: IT1083771B; FR2355162B1; FR2355162A1; US4083181A; GB1580375A; DE2726522A1; JPS531710A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はガスタービンエンジンに関し、特に、一酸化
炭素および未燃炭化水素排出物を減らすガスタービンエ
ンジンに関する。

今日の環境汚染に対する関心の高まりは、ガスタービ
ンエンジンの排気に含まれる汚染放出物の許容量の法的
規制に拍車をかけている。

比較的厳しい規制条件下にあるものは、例えば、一酸化
炭素（Ｃｏ）および未燃炭化水素（ＨＣ）放出物てある
。これらの放出物の量は、燃焼器入口の温度と圧力およ
び燃焼器の燃料空気比が低い地上空運転（緩速運転）状
態で最大となるのが常である。ガスタービンエンジン
付き航空機が比較的短距離の滑走路を用いて離着陸でき
るように設計されるにつれ、放出物の問題はますます重
大になるのであろう。なぜなら、短距離離着陸航空機は
普通の離着陸航空機に比べて多大な動力（すなわち、比
較的高い安定格推力対航空機重量比）を要するからであ
る。例えばタキシング中は、航空機のブレーキに過大な
荷重がかかることを防ぐためにエンジン出力設定値を異
常な程下げなければならない。これは氷結滑走路におい
て特にそうである。エンジンのスロットルがこの異常位
置に引き戻されると、燃焼器入口温度は（圧縮機の仕事
量が少ないため）下降し、その結果、燃焼効率が低下す
るとともに排出物の量が増加する。着陸サイクル中、も
し航空機が待機パターンを維持すれば、同様の状態が存
在する。なぜなら、安定格推力値が高いので、この場合
も出力レベルを（百分率推力て表したとして）異常に低
くしなければならないからである。しかし、問題はさら
に複雑である。

というのは、低い燃焼器入口温度によつて、排出物の量
が増加するばかりでなく、航空機防水装置の効果も悪く
なるからである。航空機とエンジンのある表面部は通常
燃焼器入口から抽出された空気によつて加熱されるので
、もしこの空気の温度が低過ぎると、その加熱系は適正
に機能しないことになる。従つて、本発明の主目的は低
出力設定値でＣＯおよびＨＣ放出物が少ないガスタービ
ンエンジンを提供することである。

上記および他の目的と利点は以下の例示的な説明と添付
の図面からいつそう明確に理解されよう。

簡単に述べると、上記の目的は次のようなガスタービン
エンジンにおいて達成される。

すなわち、本発明によるガスタービンエンジンでは、高
温空気が第１位置においてエンジンから抽出され、そし
て第２位置においてエンジン内に再導入される。ただし
、第１位置における空気の温度は第２位置のそれよりも
高くなければならない。また、再導入位置は燃焼器入口
またはそれより上流の位置である。従つて、高温空気が
還流するにつれ、燃焼器入口温度は所与のエンジン推力
レベルに対して急速に上昇してＣＯおよびＨＣ放出物を
減らす。一実施例においては、圧縮機出口、燃焼器出口
またはタービン出口のような高温空気源から上流方向に
、例えば、圧縮機入口まで高温空気を送給する導流路を
設ける。

この導流路内には、パワーレバーまたはエンジン燃料制
御装置からの信号によつて働く弁が設けられて、高温空
気の還流量の制御に役立つ。代替的に、低出力設定値に
おいて抽出空気の流れを許容しそして高出力設定値では
それを許容しないような高温空気源と再導入位置との組
合せを見いだすことによつて上記のような制御弁を不用
にすることも可能である。このような場合、簡単な逆止
め弁を用いれば逆流を阻止し得る。次に本発明の好適実
施例を添付の図面を参照して説明する。

全面にわたつて同符号は同要素に対”応する。第１図は
本発明によるエンジン１０の概略を示す。このエンジン
は、概してコアエンジン１２と、１段のファン動翼１６
を含むファン組立体１４と、軸２０によつてファン組立
体１４に連結されたファンタービン１８とからなるもの
と考えてよい。コアエンジン１２はロータ２４を有する
軸流圧縮機２２を含む。空気は入口２６に流入し、ます
ファン組立体１４によつて圧縮される。この圧縮された
空気の第１部分は、コアエンジン１２と周囲のフアンナ
セル３０によつて部分的に”画成されたファンバイパス
ダクト２８に入り、そしてファンノズル３２を通つて排
出される。圧縮空気の第２部分はコアエンジン入口３４
に入り、軸流圧縮機２２によつてさらに圧縮された後、
放出されて燃焼器３６に入り、そこで燃料を燃焼させる
。この燃焼によつて高エネルギ燃焼ガスが発生し、ター
ビン３８を駆動する。タービン３８はガスタービンエン
ジンの通常の仕方で軸４０を介してロータ２４を駆動す
る。次に高温燃焼ガスはファンタービン１８に達し、そ
れを駆動する。ファンタービン１８はファン組立体１４
を駆動する。従つて、空気を外側環状ファンバイパスダ
クト２８のファンノズル３２から排出するファン組立体
１４の作用と、プラグ４４によつて部分的に画成された
コアエンジンノズル４２からの燃焼ガスの噴出とによつ
て推進力が得られる。以上の説明は今日の多くのガスタ
ービンエンジンに関する代表的な説明であつて、本発明
の範囲を限定するものではない。以下の説明から明白な
ように、本発明は任意のガスタービンエンジンに適用可
能であり、ターボファン型のガスタービンエンジンに必
ずしも限定されない。従つて、第１図に示すエンジンの
働きに関する前記の説明は一適用例の説明に過ぎない。
ほとんどのガスタービンエンジン燃焼器に関して、エン
ジンの空運転（または空運転以下の）状態におけるガス
状放出物の量は燃焼器に入る空気の温度を高めることに
よつて減少し得ることがわかつている。

本発明ては、燃焼器に入る空気の温度を高めるため、以
下に述べる数種の方式のいずれかによつて加熱空気を還
流させる。一般に、空気の一部分が第１位置においてエ
ンジンから抽出され、そして第２位置においてエンジン
に再導入される。ただし、このような抽気と再導入は次
の２つの条件の下で行われる。（１）エンジンを通る空
気（原動流体）の温度は再入位置（第２位置）における
より抽気源（第１位置）において高くなければならない
。

（２）再入位置は燃焼器入口またはそれより上流の位置
でなければならない。

例えば、第１図の構成を考えると、この場合、空気は圧
縮機２２の出口４５から抽出され、そして導流路４６，
４８によつてコア圧縮機入口３４に導かれ、そこで１次
流に再導入される。

圧縮機出口における温度は圧縮機のなす仕事によつて圧
縮機入口の温度より高くなるので、圧縮機入口温度の平
均値は高くなる。空運転またはそれ以下の運転の比推力
を発生するためエンジンサイクルを公知の方法によつて
再平衡させる時、その正味の結果として、燃焼器入口温
度の増加は圧縮機入口温度の増加より多くなり、これに
よりＣＯおよびＨＣ放出物はかなり減少する。市販の高
バイパス比ガスターボフアンエンジンに対する本発明の
概念の効果の簡単な評価によれば、５％推力の空運転時
におけるコア圧縮機入口温度の５０′Ｆ（２７．８℃）
の増加は燃焼器入口温度を７５のＦ（４１．ｒＣ）だけ
高める。

これは、エンジンサイクルの再平衡に要する約４％の燃
料流量の増加を勘案した後でも、ＣＯ放出物を約２８％
減らすことになる。圧縮機入口温度を５０゜Ｆだけ高め
るに要する圧縮機出口抽気量はコア圧縮機を通る全空気
の約１４％である。これらの概算は、エンジンサイクル
に対する抽気の効果を含まず、入口温度効果だけを含む
ものであることに注意されたい。還流なしの圧縮機抽気
それ自体の効果はタービン入口温度と、所与レベルの空
運転推力を供給するに要する燃焼器燃料対空気比とを高
めることである。これはさらに放出物の減少に寄与し、
そして両効果は互いに補完する。すなわち、圧縮機入口
温度を上げることによつて達成される空運転放出物の減
少は圧縮機出口抽気の効果と共に生する。原則として、
圧縮機入口および出口温度の増加の大きさは、関連する
特定のエンジン、考慮される出力設定値、および実際上
の諸考慮事項、例えば圧縮機入口温度の最大限度、所要
ダクト寸法、空気を抽出しそして圧縮機入口に再導入す
るに要する手段等に基づいて任意の妥当値となし得る。
既存エンジンの改変を考える場合に抽気位置として好適
な場所は明らかに、前述のような圧縮機出口位置（第１
図の４５）である。この場合、客用、例えば航空機客室
与圧用または防氷用としてエンジンに既に設けられた抽
気口を利用すればよい。しかし、所望の流量と温度上昇
に応じて高温空気源を他の様々な位置に設け得る。これ
らの空気源は第１図に点線で示され、導流路４８に高温
空気を供給する。特に、高温空気源は圧縮機中間段抽気
５０、燃焼器入口抽気５２、燃焼器出口抽気５牡タービ
ン中間抽気５６およびタービン出口抽気５８を含む。明
らかに、空気の温度がかなり高いタービン域からの抽出
は、所与の抽気流量に対して圧縮機入口および出口温度
を大幅に上昇させる。例えば、もし温度が８００′Ｆ（
４２６．７℃）の燃焼器出口抽出空気を前例において用
いれば、圧縮機入口温度を５０゜Ｆ（２７．８℃）だけ
高めるに要する抽気量は、エンジンを通る全空気量の約
４．５％に過ぎない。また、サイクル再整合効果が抽出
位置によつて異なることにも注意されたい。第１図は再
入位置としてコア圧縮機入口３４を選んだ場合を示す。

この位置が好適であることは明らかである。本発明の概
念は第１図では単に概略図に例示されているが、再導入
手段の形状は個々のエンジンの差異や設計上の好みによ
つて変わりうる。第２図は可能な構成の一例を示す。こ
の場合、抽出空気は、コア入口ダクト３４をファンバイ
パスダクト２８から分離する分流体６０内に導かれ、そ
の中のプレナム６２に入つた後、例えば孔６４を通つて
入口３４の流入空気と混合する。代替的に、高温抽出空
気を複数のファン支柱６６の後縁に導きそこから放出し
てもよい。ファン支柱６６は通例、分流体６０をコアエ
ンジン１２と適切な離隔関係に支持するものてある。い
ずれにせよ、抽出ガスを１次コアエンジン流と適切に混
合するような設計が必要であり、このような混合は圧縮
過程の初期に発生すべきである。導流路４８に設けた弁
６８により、高温抽出空気は、前述の異常に低い出力設
定値の時のみ圧縮機入口空気流に再導入され得る。典型
的な場合、このような弁はエンジンの主燃料制御装置７
０を介して制御されるであろう。この制御装置は操縦士
によつてスロットル・コドラント７２を介して制御され
る。弁の特定の種類とその制御方法はエンジン設計者が
良く推察し得るものである発明の詳細な説明は省略する
。ある場合には、低出力設定値の時再入点より高圧であ
りそして高出力設定値の時再入点より低圧であるような
高温空気源を見いだすことによつて弁６８を不要にし得
る。

このような構成を第３図に示す。この場合、抽出空気は
タービン下流の点７３から抽出されそして圧縮機初期段
に７４において導入される。このような構成は、圧縮機
初期段における圧力値が低出力設定値の時大気圧より低
いということから可能になり、そしていかなる抽気流も
当然第３図の右から佐へ生ずる。これに反し、高出力設
定値では流れに逆流して後方（左から右）へ流れようと
する。この望ましくない後方流は、所望に応じて簡単な
逆流弁７６を用いることにより防止し得る。従つて、抽
出空気が再入位置における原動流より高温てあることと
、再入位置が燃焼器入口またはそれより上流にあること
を条件として、原動流（例えば空気）の一部分を第１位
置から抽出しそして第２位置においてエンジン原動流に
再導入することによつてＣＯおよびＨＣ放出物を減らす
方法が提供されたことになる。

当業者に明らかなように、前述の実施例に対して本発明
の広範な概念を逸脱することなく幾多の改変が可能であ
る。

例えば、第１図〜第３図には抽出流の通路の概略のみを
示したが、このような管路をエンジンの内側と外側のい
ずれに設けても本発明の範囲を逸脱しないことは理解さ
れよう。更に、本発明は他種のガスタービンエンジン、
例えばターボジェット型やブースト式ターボファン型の
エンジンにも適用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガスタービンエンジンの部分断面
概略図、第２図は第１図のガスタービンエンジンの一部
分の拡大断面図、第３図は第１図に類似のガスターボフ
アンエンジン部分断面概略図で、本発明の別の実施例を
示す。４５・・・・・圧縮機出口、４６，４８・・・・・・導
流路、５０・・・・・・圧縮機中間段抽気、５２・・・
・・・燃焼器入口抽出、５４・・・・・・燃焼器出口抽
出、５６・・・・・・タービン中間段抽出、５８・・・
・・・タービン出口抽出、６０・・・・分流体、６２・
・・・・・プレナム、６４・・・・・・孔、６６・・・
・・・ファン支柱、６８・・・・・・弁、７０・・・・
エンジン主燃料制御装置、７６・・・・・逆止め弁。

Claims

【特許請求の範囲】１原動流体流を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の下流
にある燃焼器と、該圧縮機に駆動連結されたタービンと
を有するガスタービンエンジンであつて、比較的高温の
第１エンジン位置から原動流体の一部分を抽出する手段
と、原動流体が前記抽出流体部分に対して比較的低温で
ある燃焼器上流の第２位置において前記抽出流体部分を
エンジン原動流体流内に再導入する手段と、前記抽出手
段と前記再導入手段との間に直列流関係に置かれた弁手
段と、前記抽出流をエンジンの低出力運転時に限定する
ように前記弁手段を位置づけるためにエンジン出力設定
に応答する制御手段とを包含するガスタービンエンジン
。２原動流体流を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の下流
にある燃焼器と、該圧縮機に駆動連結されたタービンと
を有するガスタービンエンジンであつて、比較的高温の
第１エンジン位置から原動流体の一部分を抽出する手段
と、原動流体が前記抽出流体部分に対して比較的低温で
ある燃焼器上流の第２位置において前記抽出流体部分を
エンジン原動流体流内に再導入する手段と、前記抽出手
段と前記再導入手段との間に直列流関係に置かれた逆止
め弁とを包含し、前記第１エンジン位置がエンジン低出
力運転時に前記第２位置より高い流体圧力をもちそして
エンジン高出力運転時に前記第２位置より低い流体圧力
をもつガスタービンエンジン。３前記圧縮機が多段圧縮機でありそして前記第２位置
が圧縮機初段群内に存する特許請求の範囲第２項記載の
エンジン。